Anleitung zur Nutzung eines Web Map Service (WMS)

Anleitung zur Nutzung eines Web Map Service (WMS) Inhaltsverzeichnis 1 Einführung... 2 1.1 Funktionsweise eines Geodatendienstes... 3 1.2 Was ist ein Web Map Service (WMS)?... 4 1.3 Wie kann ich einen WMS nutzen?... 5 2 Abfrageoperationen des WMS... 6 2.1 GetCapabilities... 6 2.2 GetMap... 7 2.3 GetFeatureInfo... 9 3 Nutzung eines WMS in TIM-online... 11 4 Verwendung eines WMS in QGIS... 15 4.1 Allgemeines... 15 4.2 Einbinden eines WMS in QGIS... 15 5 Weiterführende Links und Tutorien... 18-1 -

1 Einführung Der Einfluss von Geobasisdaten auf Entscheidungen und Handlungen zieht sich durch alle Ebenen der öffentlichen Verwaltung, der Wirtschaft sowie der Wissenschaft. Hierbei sind sie eine essenzielle Plattform für Entwicklung und Forschung aber auch zur Schaffung von Transparenz gegenüber dem Bürger. Im Hinblick auf die damit verbundenen Fragestellungen ist es wichtig, dass Geobasisdaten interoperabel zugänglich sind, um das Wertschöpfungspotential von Daten der öffentlichen Verwaltung für eine Vielzahl von Aufgabengebieten im öffentlichen sowie im privaten Sektor nutzbar zu machen. Um räumliche Informationen über das Internet schnell und einfach bereitzustellen, setzt Geobasis NRW Geodatendienste ein, die durch das Open Geospatial Consortium (OGC) standardisiert sind. Im Kontext der Open Data Umsetzungen des Landes NRW soll die Bereitstellung der Geobasisdaten ab dem 01.01.2017 primär über Darstellungs- und Downloaddienste erfolgen. Die Geodatendienste unterstützen hierbei den Aufbau der Geodateninfrastruktur von Nordrhein-Westfalen (GDI-NW) und spielen eine zentrale Rolle in netzwerkbasierten Geoanwendungen. Diese Anleitung soll allen Nutzern von Geobasisdaten einen ersten Einstieg in die Benutzung von Geodatendiensten ermöglichen. Für das Arbeiten mit Geodatendiensten wird in jedem Fall ein Computer mit Internetanschluss benötigt. Erste Schritte, wie das Abrufen der Capabilities des Dienstes und die Darstellung des Dienstes in einem GIS oder Browser, werden im Verlauf dieser Anleitung beschrieben. Interessierte Geodatennutzer finden am Ende des Dokumentes eine Auflistung weiterführender Links sowie Online-Tutorien zum Thema QGIS. - 2 -

1.1 Funktionsweise eines Geodatendienstes Abbildung 1: Funktionsweise eines Geodatendienstes Geodatendienste sind Webservices, die den Austausch von Geodaten über standardisierte Schnittstellen ermöglichen. Sie sind dadurch interoperabel in unterschiedlichen Softwareanwendungen nutzbar. Erreichbar ist ein Geodatendienst über eine Internetadresse (URL), die den Dienst eindeutig identifiziert. Geodaten lassen sich abrufen, in dem der Nutzer eine Anfrage (Request) an den Diensteserver stellt. Dieser greift wiederum auf die Datengrundlage zu und liefert die Daten (Response) in dem angefragten Datenformat zurück an den Nutzer (vgl. Abb. 1). Der Request muss verschiedene (Pflicht-) Parameter enthalten, die dem Diensteserver beispielsweise mitteilen, welcher Layer, Kartenausschnitt oder welches Datenformat ausgegeben werden soll. Für den Zugriff auf Geodatendienste können Geoportale oder geographische Informationssysteme (GIS) genutzt werden. Die Nutzung von Diensten bietet eine Reihe von Vorteilen, wie die Möglichkeit auf den jeweils aktuellen Datenbestand zuzugreifen. Der Nutzer kann Geodaten, die an verschiedenen Orten und in unterschiedlichen Datenformaten gehalten werden, abrufen. Die Kombination verschiedener Datenquellen ist ebenfalls möglich. Es lassen sich verschiedene Typen von Geodatendiensten unterscheiden. Es gibt u. a. Download- und Darstellungsdienste. Zu den Darstellungsdiensten gehören - 3 -

beispielsweise der Web Map Service oder der Web Map Tile Service, die Geodaten visualisieren. Der Web Feature Service und der Web Coverage Service zählen hingegen zu den Downloaddiensten, die das direkte Herunterladen der Geodaten unterstützen. Dabei handelt es sich um Raster- oder Vektordaten, die für die lokale Weiterverarbeitung auf dem Rechner gespeichert werden können. Dabei bleibt die volle Semantik der Daten erhalten. 1.2 Was ist ein Web Map Service (WMS)? Der wohl am häufigsten genutzte Diensttyp ist der sogenannte Web Map Service (WMS). Dieser dient der Visualisierung von Geodaten. Als Datengrundlage eines WMS können sowohl Raster- als auch Vektordaten dienen. Das Ergebnis einer Anfrage ist ein Kartenausschnitt in einem einfachen Raster-Grafikformat. Zusätzliche Informationen zu den Geodaten können über Legenden, Metadaten oder Sachdaten abgerufen werden. Der WMS bietet dem Nutzer verschiedene Operationen an, um die gewünschten Daten zurückzuliefern (vgl. Abb. 2): Abbildung 2: Grundlagen Web Map Service Per HTTP (Hypertext Transfer Protocol) kann über GET- und POST-Anfragen mit dem Diensteserver kommuniziert werden. Werden Kartendienste in einem GIS oder einem Onlineportal/Onlineviewer genutzt, so übernehmen diese Komponenten die - 4 -

Kommunikation mit dem Server. Steht kein GIS oder Viewer zur Verfügung, so kann der WMS auch über einen üblichen Browser angesprochen werden. Diese verschiedenen Möglichkeiten werden im nächsten Kapitel beschrieben. 1.3 Wie kann ich einen WMS nutzen? Dem Nutzer stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, um einen WMS anzufragen: 1. Web-Browser (z.b. Internet Explorer, Mozilla Firefox) 2. Web-Applikationen zur Verarbeitung von Geodaten 3. Desktop-Geoinformationssystem (GIS) Während die erste Möglichkeit ein Vorwissen über Geodatendienste erfordert, gestaltet sich die Einsichtnahme über ein GIS bzw. eine Internet-Anwendung zur Verarbeitung von Geodaten meist einfacher. In Kapitel 2 werden die Abfrageoptionen des WMS beschrieben. Mit Hilfe der dort erläuterten Parameter kann der Nutzer selbstständig einen WMS über einen Web- Browser anfragen. Diese Art der Anfrage ist komplex, allerdings sind keine weiteren technischen Hilfsmittel erforderlich. Eine Web-Applikation zur Verarbeitung von Geodaten stellt die entsprechenden Requests an den WMS und liefert automatisiert den gewünschten Kartenausschnitt. Die Abteilung Geobasis NRW bietet mit TIM-online eine solche Internet-Anwendung an, die dem Nutzer den einfachen Zugriff auf Geodatendienste ermöglicht. Die Nutzung eines WMS in TIM-online wird in Kapitel 3 beschrieben. Die Verwendung eines WMS über ein Desktop-Geoinformationssystem, wie zum Beispiel QGIS und die damit einhergehenden Vor- und Nachteile, werden in Kapitel 4 näher erläutert. - 5 -

2 Abfrageoperationen des WMS Dieses Kapitel beschreibt die verschiedenen Abfrageoptionen des WMS sowie die entsprechenden Requests, die an den Server gestellt werden müssen. Dieses Wissen ist erforderlich, um die Funktionsweise eines WMS zu verstehen und erfolgreiche Anfragen an einen WMS über einen Web-Browser zu stellen. 2.1 GetCapabilities Mit Hilfe der GetCapabilities-Operation, welche von allen OGC-Web Services unterstützt wird, können die Fähigkeiten und Metadaten des Dienstes abgefragt werden. Der Aufruf setzt sich aus folgenden Parametern zusammen: Erforderlich/ optional Beschreibung VERSION Optional WMS-Version der Anfrage. (Aktuell: 1.3.0) SERVICE Erforderlich Service-Typ. Hier: WMS. REQUEST Erforderlich Name der Operation. Hier: GetCapabilities. FORMAT Optional Ausgabeformat für Service-Metadaten. (Beispiel: application/vnd.ogc.wms_xml oder text/plain oder text/html). Beispiel: Der WMS der DTK25 hat folgende Adresse: https://www.wms.nrw.de/geobasis/wms_nw_dtk25-6 -

Diese Adresse wird um die entsprechenden Parameter ergänzt. Die Adresse wird durch ein? vom restlichen Request getrennt. Die einzelnen Parameter werden durch ein & verbunden. Ein gültiger GetCapabilties-Aufruf sieht dann wie folgt aus: https://www.wms.nrw.de/geobasis/wms_nw_dtk25?version=1.3.0&service=wm S&REQUEST=GetCapabilities Die Capabilities werden in Form eines XML-Dokumentes zurückgeliefert. Dieses kann entweder im Browser oder in einem Text-Editor angezeigt werden. Die Capabilities enthalten alle relevanten Informationen, um einen Dienst anzufragen. Neben allgemeinen Angaben zum Dienst, wie Kurzbeschreibung, Ansprechpartner und Nutzungsbedingungen, finden sich hier auch technische Details des Dienstes. Sie geben u. a. einen Überblick über die verfügbaren Abfrageformate, die Bezeichnung der einzelnen Layer oder unterstützte Koordinatenreferenzsysteme. Diese Informationen sind erforderlich, um eine gültige GetMap- oder GetFeatureInfo- Anfrage zu stellen. 2.2 GetMap Mit der GetMap-Abfrage wird ein Kartenausschnitt in einem Raster-Bildformat angefordert. Ähnlich wie bei der Capabilities-Abfrage wird die Adresse des Dienstes um einige Parameter erweitert: Erforderlich/ optional Beschreibung VERSION Erforderlich WMS-Version der Anfrage. (Aktuell: 1.3.0) - 7 -

SERVICE Erforderlich Service-Typ. Hier: WMS. REQUEST Erforderlich Name der Operation. Hier: GetMap. LAYERS STYLES CRS/SRS BBOX Erforderlich Erforderlich Erforderlich Erforderlich Durch Kommas getrennte Liste von einem oder mehreren Karten-Layern (z. B. layer1, layer2). Durch Kommas getrennte Liste von keinem, einem oder mehreren Styles. Koordinatenbezugssystem. CRS wird ab der WMS-Version1.3.0 verwendet. Ältere Versionen verwenden SRS (z. B. EPSG:4326 oder EPSG:4269). Eckpunkte des gewählten Kartenausschnitts (linke untere und rechte obere Ecke). Die Werte sind in Koordinaten anzugeben, die dem im Parameter CRS (bzw. SRS) angegebenen Koordinatenreferenzsystem entsprechen (z. B. 349600,5634900,354600,5639200). WIDTH Erforderlich Breite des Kartenbilds in Pixeln (z. B. 1024). HEIGHT Erforderlich Höhe des Kartenbilds in Pixeln (z. B. 768). FORMAT TRANSPARENT BGCOLOR Erforderlich Optional Optional Ausgabeformat der Karte (z. B. image/png oder image/jpeg oder image/svg+xml). Bestimmt, ob der Hintergrund transparent ist oder nicht (z. B. True oder False). Hexadezimaler RGB-Farbwert für den Kartenhintergrund. SLD Optional URL der Styled Layer Descriptor-XML-Datei. SLD_BODY Optional XML-Text der Styled Layer Descriptor-Datei. - 8 -

TIME Optional Zeitwert des angeforderten Layers. EXCEPTIONS Optional Das Format, in dem Ausnahmen gemeldet werden sollen (z. B. text/xml oder text/html). Ein gültiger GetMap-Aufruf sieht wie folgt aus: https://www.wms.nrw.de/geobasis/wms_nw_dtk25?request=getmap&version= 1.3.0&LAYERS=nw_dtk25_col,nw_dtk25_info&STYLES=&CRS=EPSG:25832&BBO X=349600,5634900,354600,5639200&WIDTH=800&HEIGHT=800&FORMAT=image /png Das Ergebnis der Abfrage ist ein Kartenbild der gewählten Layer für das umgebende Rechteck (Linke untere und rechte obere Koordinate), das in einem Browser angezeigt werden kann. 2.3 GetFeatureInfo Mit der Operation GetFeatureInfo lassen sich weitere vordefinierte Informationen zu den zugrundeliegenden Daten abrufen. Die GetMap-Abfrage wird in diesem Fall um einige Parameter erweitert: Erforderlich/ optional Beschreibung VERSION Erforderlich WMS-Version der Anfrage. (Aktuell: 1.3.0) SERVICE Erforderlich Service-Typ. Hier: WMS. REQUEST Erforderlich Name der Operation. Hier: GetFeatureInfo. QUERY_LAYERS Erforderlich Durch Kommas getrennte Liste von einem oder mehreren Karten-Layern, die abgefragt werden - 9 -

STYLES CRS/SRS BBOX Erforderlich Erforderlich Erforderlich sollen. Durch Kommas getrennte Liste von keinem, einem oder mehreren Styles. Koordinatenbezugssystem. CRS wird ab der WMS-Version1.3.0 verwendet. Ältere Versionen verwenden SRS (z.b. EPSG:4326 oder EPSG:4269). Eckpunkte des gewählten Kartenausschnitts (linke untere und rechte obere Ecke). Die Werte sind in Koordinaten anzugeben, die dem im Parameter CRS (bzw. SRS) angegebenen Koordinatenreferenzsystem entsprechen (z. B. 349600,5634900,354600,5639200). WIDTH Erforderlich Breite des Kartenbilds in Pixeln (z. B. 1024). HEIGHT Erforderlich Höhe des Kartenbilds in Pixeln (z. B. 768). INFO_FORMAT Erforderlich Rückgabeformat der Feature-Informationen (z. B. text/xml, text/html). I/X Erforderlich X-Wert der abzufragenden Koordinate im Kartenkoordinatensystem (Angabe in Pixeln, z. B. 100). Ab der WMS-Version 1.3.0 wird der Parameter I verwendet. Ältere Version verwenden den Parameter X. J/Y Erforderlich Y-Wert der abzufragenden Koordinate im Kartenkoordinatensystem (Angabe in Pixeln, z. B. 100). Ab der WMS-Version 1.3.0 wird der Parameter J verwendet. Ältere Version verwenden den Parameter Y. - 10 -

TIME Optional Zeitwert des angeforderten Layers. EXCEPTIONS Optional Das Format, in dem Ausnahmen gemeldet werden sollen (z. B. text/xml oder text/html). Ein gültiger GetFeatureInfo-Aufruf sieht wie folgt aus: https://www.wms.nrw.de/geobasis/wms_nw_dtk25?request=getfeatureinfo&ver SION=1.3.0&LAYERS=nw_dtk25_col,nw_dtk25_info&STYLES=&CRS=EPSG:25832 &BBOX=349600,5634900,354600,5639200&WIDTH=800&HEIGHT=800&FORMAT= image/png&query_layers=nw_dtk25_info&info_format=text/html&i=100&j= 200 Mit dieser Abfrage werden Objektinformationen zu einer bestimmten Position im Kartenausschnitt abgerufen. Das Ergebnis sind vom Datenanbieter festgelegte Zusatzinformationen, die in einem XML-Dokument oder auch als HTML-Datei in einem Browser geöffnet werden können. 3 Nutzung eines WMS in TIM-online Aufgrund der Komplexität die ein GetMap-Request erreichen kann, bietet es sich an den Dienst in eine Web-Applikation einzuladen. Die Requests werden dann automatisiert von der Software formuliert und ausgeführt. Geobasis NRW stellt die Internet-Anwendung TIM-online bereit, mit der Geobasisdaten in einem Standardbrowser betrachtet und bearbeitet werden können. Die Nutzung eines WMS in einer Web-Applikation soll am Beispiel TIM-online näher beschrieben werden. TIM-online ist unter folgender Internetadresse erreichbar: www.tim-online.nrw.de - 11 -

Mit dem Button TIM-online starten wird die Applikation in einem zweiten Fenster geöffnet. Abbildung 3: Startansicht von TIM-online In TIM-online sind bereits alle WMS von Geobasis NRW integriert. In den Ordnern auf der linken Seite sind die WMS thematisch sortiert hinterlegt und können durch Anklicken der entsprechenden Kästchen auf Layerebene aktiviert bzw. deaktiviert werden. Über den Button Dienst hinzuladen lassen sich weitere WMS hinzufügen (vgl. Abb. 3). Ein Fenster öffnet sich mit einer Vorauswahl weiterer Dienste, die hinzugeladen werden können. Über die Registerkarte Link-Eingabe ist es möglich die gewünschte WMS-Adresse direkt einzugeben (vgl. Abb. 4). - 12 -

Abbildung 4: Ansicht der Registerkarte Link-Eingabe im Fenster Dienst hinzuladen Über Suche wird eine Verbindung zu dem WMS hergestellt und alle verfügbaren Layer abgerufen. Abbildung 5: Ausgewählte Layer, die zur Karte hinzugefügt werden sollen - 13 -

Nachdem die gewünschten Layer aktiviert sind, wird der WMS über den Button Zur Karte hinzufügen in den Kartenbaum von TIM-online integriert (vgl. Abb. 5 und 6). Abbildung 6: Ansicht des hinzugeladenen WMS der DTK25 in TIM-online Rechts im Fenster unter Aufgaben finden sich eine Reihe hilfreicher Funktionen zur Nutzung eines WMS. Die wichtigsten werden hier in Kürze vorgestellt: Mit diesem Button können für alle sichtbaren Layer die verfügbaren Legenden in einer Liste abgerufen werden. Das Ergebnis wird in einem gesonderten Fenster aufbereitet. Über diesen Button lässt sich die Sachdatenabfrage zu einer bestimmten Position im Kartenbild abrufen. Nach Aktivieren dieser Funktion können an einer beliebigen Stelle im Kartenbereich die Sachdaten aller zur Zeit sichtbaren Layer an dieser Position erfragt werden. Das Ergebnis wird in einem gesonderten Fenster aufbereitet. - 14 -

Eine detaillierte Beschreibung zu den diversen Funktionen, die TIM-online bietet, kann in der Hilfe zu TIM-online nachgelesen werden. 4 Verwendung eines WMS in QGIS Dieses Kapitel beschreibt die Möglichkeiten zur Nutzung eines WMS in einem GIS. QGIS soll als weit verbreitetes Open-Source GIS an dieser Stelle als Beispiel dienen. Die Einbindung und Nutzung von WMS in anderen GIS ist ebenfalls möglich. 4.1 Allgemeines QGIS ist ein Open-Source Geoinformationssystem zum Erfassen und Bearbeiten von Geodaten. Das System kann Vektor- sowie Rasterdaten in einer Vielzahl von Datenformaten verarbeiten. Für diese Anleitung wird QGIS in der Version 2.8.1 verwendet. Da sich die einzelnen Release-Versionen in ihren Grundfunktionen nicht im großen Umfang unterscheiden, kann die Anleitung auch für die neueren Versionen verwendet werden. Weiterführende Informationen zu den einzelnen Funktionen in QGIS sind im QGIS- Handbuch zu finden. 4.2 Einbinden eines WMS in QGIS Um einen WMS in QGIS einzubinden, muss wie in Abbildung 7 dargestellt, der Funktionsbutton WMS/WMTS-Layer hinzufügen angeklickt werden. Für das Einbinden eines WMS muss der in Abbildung 7 blau unterlegte Button mit der Aufschrift Neu angeklickt werden. - 15 -

Abbildung 7: Öffnen des WMS-Moduls Ein neues Fenster öffnet sich, in dem die gewünschte Verbindung eingetragen werden kann (vgl. Abb. 8). Dabei kann in der Zeile Name eine beliebige Bezeichnung für den Dienst eingetragen werden. - 16 -

Abbildung 8: Eintragen einer neuen WMS-Verbindung in QGIS Der wichtigste Eintrag in diesem Fenster ist der URL. Über diese Adresse werden die WMS angesprochen. Für diese Anleitung wurde der Kartendienst WMS NW DTK25 ausgewählt und der URL in den Verbindungsdetails eingetragen. Mit OK wird der Dienst gespeichert. Abbildung 9: Einladen eines Layers - 17 -

Nachdem man den gewünschten WMS im Dropdown-Menü ausgewählt hat, muss der Button Verbinden gedrückt werden, damit QGIS die verfügbaren Layer anzeigt (vgl. Abb. 9). An dieser Stelle wird durch Selektion (Zeile wird blau hinterlegt) und durch Drücken des Buttons Hinzufügen der ausgewählte Layer in das Darstellungsfenster von QGIS eingeladen. Anschließend muss das Fenster durch den Button Schließen geschlossen werden. Der DTK25-Dienst ist auf den Maßstabsbereich 1:10.000 bis 1:50.000 begrenzt. Der Maßstab muss dementsprechend in dem angegeben Bereich liegen, damit ein Kartenbild empfangen werden kann. 5 Weiterführende Links und Tutorien Übersicht über die Geodienste von Geobasis NRW: http://www.bezregkoeln.nrw.de/brk_internet/geobasis/webdienste/index.html OGC WMS Beschreibung und Downloadlink des Standards: http://www.opengeospatial.org/standards/wms Anleitungen QGIS: http://www.qgistutorials.com/de/ Download QGIS: http://www.qgis.org/de/site/ QGIS-Handbuch: http://www.qgis.org/de/docs/index.html Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Lizenz (CC BY-SA): https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ * * Alle enthaltenen Verweise und Abbildungen in diesem Dokument, die sich auf QGIS beziehen, sind unter der Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Lizenz (CC BY-SA) lizenziert. - 18 -

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